在塔克拉玛干沙漠之中，隐藏着一个古老而神秘的墓地——小河墓地，这里埋藏着佩戴奇异装饰的木乃伊“小河公主”。在“小河公主”颈部、胸部和身侧散布着的奶酪块引人注目。
这些古老的奶酪是如何制作出来的？与我们今天的奶酪有何不同？它们背后又隐藏着哪些不为人知的历史？
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古遗传学研究团队（付巧妹团队）从这些世界最古老的奶酪中获取高质量的古代乳酸菌基因组，用独特的发酵古微生物视角回答了这些问题。相关成果近日发表于《细胞》（Cell）。
01
一“技”之长
用开菲尔粒发酵制作奶酪
小河墓地出土的奶酪块已有3500年之久，颜色偏乳黄，质地疏松，形状呈不规则多孔状。
▲小河墓地出土的开菲尔奶酪
研究从三例奶酪样本中鉴定发现了丰富的与发酵相关的微生物群落，如马乳酒样乳杆菌（Lactobacillus kefiranofaciens，即下文中的开菲尔乳酸菌）和瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）等细菌菌株，以及马克斯克鲁维酵母（Kluyveromyces marxianus）和库德里阿兹威氏毕赤酵母（Pichia kudriavzevii）等真菌菌株。
这些乳酸菌和酵母菌正是典型的开菲尔粒所包含的菌株，这表明新疆小河居民在青铜时代已经利用开菲尔粒来制作开菲尔酸奶或奶酪，显示出利用发酵微生物来发酵奶制品的古老智慧和制作工艺。
发酵的价值不仅仅是延长奶制品的保存期限，变换风味，更重要的是在制作过程里大大降低了乳糖的含量，让乳糖不耐受的小河居民也能轻松食用。
02
“交际”广泛
用“草原”羊奶制作奶酪
通过提取分析奶酪样本中的哺乳动物线粒体DNA，研究发现小河居民是用牛或者山羊这些家畜来产奶并制作奶酪的。
值得一提的是，小河居民用来产奶的山羊并不是东亚内陆的驯化山羊，而是新石器时代以后伴随草原牧民迁徙而广泛分布在欧亚大陆的一个支系，这很可能是青铜时代小河居民与草原牧民互动交流的结果，也折射出小河地区畜牧业发展可能的来源。
▲欧亚地区山羊的系统发育树
03
乐于“分享”
让开菲尔发酵技术远播内陆
通过从奶酪样本中重建古代开菲尔乳酸菌基因组，并结合欧亚大陆不同地区现代开菲尔乳酸菌基因组进行系统发育关系分析，研究发现开菲尔乳酸菌存在欧洲和东亚两个重要支系。
欧洲支系主要包括来自欧洲以及亚洲沿海和岛屿地区的菌株，符合从高加索扩散到欧洲及亚洲和东南亚沿海地区的扩散路线。
小河居民用于发酵开菲尔奶酪的古代新疆菌株与现代西藏菌株则属于东亚支系，且古代新疆菌株位于该支系的基部位置，这说明开菲尔乳酸菌及其发酵技术存在另一条从新疆传播到西藏等东亚其他内陆地区的新的、独立的传播路线。
由此可知，欧亚大陆不同地区古人群在应用和驯化开菲尔乳酸菌的过程中，有过不同的迁徙和交流路线。
▲开菲尔乳酸菌（Lactobacillus kefiranofaciens）菌株的系统发育树
04
互“利”共“生”
人类与发酵微生物协同演化
人类和发酵微生物之间的协同演化是一个复杂而有趣的过程。以开菲尔乳酸菌为例，研究揭示出进化时间尺度上乳酸菌与人群互利共生、协同演化的分子机制。
相比于青铜时代的开菲尔乳酸菌菌株，现代菌株出现了与耐药机制、细菌自身免疫及减轻人类肠道炎症反应相关的基因簇，而这些功能元件的变化一方面是开菲尔乳酸菌面对环境压力的适应性演化，另一方面也是伴随人类活动、技术文化变迁以至人体肠道微生物环境适应等长期相互作用的结果。
同时，人类对开菲尔乳酸菌的偏好性驯化和传播，则相应推动了其自身饮食习惯和生产方式的转变及畜牧业的发展；通过发酵奶制品摄入的乳酸菌也帮助人类调节肠道的消化功能，对人类健康产生影响。
付巧妹团队历经十一年攻关探索，通过设计70余万个捕获探针，将开菲尔奶酪样品中的乳酸菌DNA从0.43%-0.55%富集提升至64%-80%，使得第一例古代发酵微生物的全基因组研究成为可能；而系统性的发酵古微生物基因组研究，更是直观地揭开了新疆小河居民对发酵微生物的应用驯化和传播交流历史，洞察了数千年来乳酸菌在长时间驯化条件下基因组功能元件的演变历程。
